【摘要】：天然單晶金剛石具有高硬度、抗磨損和極大的彈性模量,且抗黏結(jié)性好,與有色金屬等材料間的摩擦系數(shù)小,是制作超精密切削刀具的理想材料。目前天然金剛石刀具已廣泛應(yīng)用于精密超精密加工領(lǐng)域,在汽車工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、微電子工業(yè)等領(lǐng)域都起到了重要作用。因此,如何制造出精度高、使用壽命長(zhǎng)、切削質(zhì)量好的天然金剛石刀具一直是廣受學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題。目前,機(jī)械研磨仍然是最主要的天然金剛石刀具制造方法,但是刃磨過(guò)后的刀具刃口雖然極其鋒利,但會(huì)一并出現(xiàn)納米級(jí)豁口、裂紋,因而削弱了刀具耐沖擊性,降低了刀具刃口強(qiáng)度,在車削過(guò)程中很容易由于機(jī)床的振動(dòng)擴(kuò)散成大裂紋,加速刀具磨損,甚至產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象,導(dǎo)致刀具失效。因此,去除刃口微觀缺陷,鈍化刃口半徑,以提高刃口表面質(zhì)量和使用壽命,是制備理想天然金剛石刀具的重要一環(huán)。本課題將對(duì)經(jīng)過(guò)機(jī)械刃磨后的天然金剛石刀具再添加一道后續(xù)處理工藝,提高刀具使用壽命,即在高精度研磨機(jī)床上使用高分子聚合物拋光墊,并在其上涂敷一層含納米級(jí)硬質(zhì)磨粒的研磨膏,對(duì)刀具進(jìn)行鈍化處理以達(dá)到在不降低刃口表面質(zhì)量的前提下提高鈍化效率的目的。為達(dá)到此目標(biāo),本文首先通過(guò)分析工況類似的金剛石刀具切削過(guò)程中的磨損情況,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析了天然金剛石刀具鈍化過(guò)程中的可能影響因素,設(shè)計(jì)了對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化的工藝方法,并搭建了完整的刀具刃口鈍化工藝系統(tǒng),確定重點(diǎn)研究的4個(gè)工藝參數(shù),主軸轉(zhuǎn)速w、研磨膏磨粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)y,研磨盤往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率p,刀具擺動(dòng)速度q;同時(shí)提出了6個(gè)對(duì)刃口鈍化過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo),分別為鈍化后刃口鈍圓半徑R、鈍化后刃口輪廓算術(shù)平均偏差Ra和輪廓最大高度Ry、表面質(zhì)量提升指標(biāo)l、材料去除效率指標(biāo)e、微觀缺陷評(píng)價(jià)指標(biāo)f。然后,本文采用該系統(tǒng)進(jìn)行可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知采用研磨膏和拋光墊相結(jié)合的工藝方法對(duì)天然金剛石刀具進(jìn)行機(jī)械研磨,確實(shí)可以起到較好的鈍化效果;并基于控制變量法多次實(shí)驗(yàn),確定最適宜鈍化的工藝條件為磨粒尺寸30nm的Si O2研磨膏、無(wú)溝槽的530N7501拋光墊;此外,本文根據(jù)刃口鈍化后的拉曼光譜和鈍化過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出鈍化過(guò)程中材料去除機(jī)理:主軸的高速平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)及軟質(zhì)拋光墊的良好消振為刀具鈍化過(guò)程提供了高溫穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境,刃口與研磨膏磨粒、拋光墊的高分子聚合物充分接觸,其表層碳原子具有更高能量,進(jìn)而吸附官能團(tuán)和聚合物并在摩擦過(guò)程中脫離刃口;同時(shí)其表層碳原子將產(chǎn)生持續(xù)的非晶化過(guò)程,因硬度變低可受磨粒微切削作用而脫離刃口表面。最后,本文明確了整個(gè)鈍化過(guò)程中影響鈍化質(zhì)量及鈍化效率的全部工藝參數(shù),通過(guò)鈍化實(shí)驗(yàn)獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù),并基于Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱,建立三層徑向基函數(shù)的鈍化工藝參數(shù)模型,可在已知鈍化時(shí)間、鈍化工藝參數(shù)、初始刀具狀態(tài)的前提下,得到鈍化后刃口鈍圓半徑R、鈍化后刃口輪廓表面平均偏差Ra、表面質(zhì)量提升指標(biāo)l、材料去除效率指標(biāo)e共四個(gè)評(píng)價(jià)鈍化質(zhì)量及鈍化效率的指標(biāo),最后,分析了求解最優(yōu)工藝參數(shù)組合所需滿足的優(yōu)化目標(biāo)和邊界條件,得出鈍化質(zhì)量最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為t=19min、w=1800rpm、y=60%、p=0.312Hz、q=9°/s,此時(shí)鈍化后的刃口表面質(zhì)量達(dá)到最佳,Ra_(min)=0.6422nm;鈍化效率最高的工藝參數(shù)組合為t=22min、w=3600rpm、y=55%、p=0.245Hz、q=15°/s,此時(shí)鈍化過(guò)程中的材料去除速率最大,e_(max)=156.7141 nm~2/min。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG711

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2643801